肖家源
中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西省西安市 710089
摘要：现如今航空产品的制造有很高的数字化水平，飞机钣金件的数字化制造是其中的基本构成，基于此，本文研究飞机钣金件数字化制造技术的有关内容，包括技术要求、制造过程以及知识模型的建设。探究飞机钣金件数字化制造技术的应用，从数字化定义、知识类型的区分、零件制造、拉弯成形、零件加工五方面入手进行总结，促进飞机钣金件的数字化制造技术更好适应生产活动。
关键词：飞机钣金件；知识模型；框肋零件
引言：飞机钣金件的制造会深刻影响到航空产品的研制周期，同时也关系到航空产品的质量，在最近几年的发展中，数字化制造技术广泛应用于航空制造业，在提高航空产品研制水平中发挥不可替代的作用，应用数字化技术能明显缩短钣金件的制造周期，能减少人工修正的工作量。
一、飞机钣金件数字化制造技术
（一）制造飞机钣金件的技术要求
目前航空制造行业正在不断发展进步，为了能够快速实现改革创新的目标，应用数字化制造技术非常关键，同时这也是制造飞机钣金的一大趋势。制造飞机钣金零件需要使用很多种类的材料，而且所制造的钣金零件大多结构都很复杂，所以使用数字化技术制造飞机钣金零件难度也很大。另外，设计数字化制造系统之后的工作是向下传递结构模型，这与塑性成形有很大的关系。在物理学中会分析事物的非线性特征，也就是说飞机钣金零件制造工艺中也存在着一定的不确定性。制造飞机钣金零件对专业知识有很严格的要求，需要的知识点比较密集，而这也与钣金零件的工艺特征有关，要想获得比较理想的设计效果，还要有比较丰富的制造经验。由此可见设计飞机钣金零件制造系统，应当有专业的设计软件，并创建制造数据库[1]。所设计的飞机钣金零件制造系统，要能够处理钣金零件信息，并采取相应的加工措施，需明确制造飞机钣金零件的一些要素信息，并做好数据的采集工作，在完成飞机钣金件的制造之后，应分析制造技术的水平。在数字化制造系统中，存储数据采用的是数字形式，各部门能够通过网络收到钣金制造各流程的信息，也就是说各个部门相互之间能共享信息。做好数字化系统的设计工作，应明确飞机钣金件的制造过程，从而确定二次定义，有效指导工装工艺和制造工艺，在模型建设中，会用到所有采集到的制造知识，显著提高信息二次定义的科学性，以此来完成数字化制造体系的建设。如图1所示，为飞机钣金件设计模型定义。
图 1 飞机钣金件设计模型定义
（二）系统化的飞机钣金件制造过程
客观表述飞机钣金的数字化制造过程是系统化模式，就数字化制造的本质而言，所包含的内容有组织化的信息、信息的定义以及信息的传递。进行数字化制造就是要处理和加工信息，在制造钣金的过程中会产生大量的数据信息，这便是钣金零件的制造要素，理论知识是钣金零件制造技术的一种体现。在数字化的飞机钣金零件制造系统中，无论是表达信息还是存储信息，都是采用数字化形式。各个生产部门通过网络接收制造工艺信息、生产信息。制造系统的模式正在发生变革，传统模式下是以模拟量为载体，而变革之后是以数字量为载体。在制造的过程中，会二次定义零件的信息，同时为工艺设计提供可靠的依据，使用制造知识完成建模的任务，同时使用建造的模型进行生产制造，同时也有效支撑信息定义，在此基础上完成技术体系的建立，技术体系的主体包括对数字量的定义、上传和掌控。在钣金零件制造系统中，集成的内容有信息、过程和知识。
制造模型的设计依据是零件模型，在生产加工之前应当对工艺过程和资源都有充分的考虑，制造采用工序件集合的形式，其中包括对数字量的表达和定义，而且表达和定义应当相互联系，也就是制造模型，主要有下料工序的毛坯和排样、成型的工件、回弹修正模型，方便进行各项设计活动，包括数字化工艺、装备和设备控制。设计工艺前需审核零件的工艺性，应用数字化制造技术的优势是可以同时评估工艺性和设计零件，设计期间工艺部门也会评估零件的工艺性，这样做的目的是有效防止加工困难。就成形的工艺设计而言，设计的重要依据是零件制造模型信息，能用来设计制造指令，也能用于计算工艺参数，所生成的工艺文件能详细说明钣金车间加工零件的生产过程。在设计工艺装备时，会重点参考零件制造模型和工艺信息，先确定出工装结构，然后以移形的方法产生工装型面，最后完成工装模型的建设，这期间会有数控加工指令的参与。
（三）建立钣金制造知识模型
利用知识完成模型的建立，会用到制造钣金零件的有关知识，这些知识的中心是钣金零件，建设钣金制造知识系统，建模有特定的方式，要分别从纵向和横向两方面入手。纵向上建立的是分类层次模型，涉及到宏观整体和微观组元，以此来完成知识系统的建立，分析各个层次的单元构成情况，此时知识系统就主要有四个层次，分别是域、族、属、型。其中“型”是划分知识类别的基本单元，在分类时是以知识求解对象信息的抽象程度为依据，所涉及到的知识类型有表型、典型和基型，其中表型知识表示的是实例内容。就横向分类而言，需要先探索制造知识信息组元相互之间存在的某种关系，从而构成相应的记忆网模型，使得钣金制造知识能够形成结构，其中包含制造要素信息和相互之间的关系，形成的知识库内容有一定的形式化，该知识库的优势是科学、完整，而且管理起来也比较方便。完成知识库开发管理系统的建设，有利于实现知识的可持续发展，建设钣金制造知识库，除了要进行“初装”之外，还需要在应用期间对其进行完善和定期更新。利用知识库可研究的内容有成形工艺、材料的选择、结构设计、数字化制造方法，方便挖掘新的规律，收集新的数据，使得钣金工艺知识能够更为丰富且有参考价值。
二、飞机钣金件数字化制造技术的应用
（一）提高信息传递的精度
以某教练机为例，需要使用的零件有超过8000项，而其中就有超过4800项的钣金件，由此可见钣金件的制造尤为重要。应用模型定义制造技术的优势是能提高零件制造的精度，通过数字化定义零件加工的步骤，为有效提升飞机钣金零件制造精度，可以运用制造模型定义技术对所有钣金零件加工进行数字化定义[2]。在把模拟量转化为数字量的过程中有可能会发生各种各样的问题，实现数字化定义就能有效应对这一弊端。在整体加工环节中，通过制造模型，能够使数字化制造系统所提供的几何模型有更高的精确度，此时传递数字量的环节也会更为直观，此时就不需要使用模线和样板作为参考。数字模型由样板和模胎构成，形成基础的模型，同时数字模型还能提供加工环节需要使用的模型。加工过程使用较少的尺寸链，能减少数据传输过程所产生的误差，实现制造精度较高的钣金零件目标。
（二）提高工艺设计质量水平
就飞机钣金件制造数据的建设而言，需要有知识智能化设计的支持，把工艺设计的数据提前采集好，区分钣金工艺知识的类别，按照知识类别储存在对应的数据库中，方便生成制造指令和成形的工艺参数。另外使用Web分布式技术也能完成环境工艺的设计过程，方便工艺人员查找相应的数据，方便数据选择。需要创建多种专业数据库，包括飞机钣金铝合金材料、钣金工艺、钣金制造等等，专业数据库会起到知识参考的作用，并充分体现专业全面的特点，保证工艺设计符合相应的规范要求。在设计制造工艺的环节中，系统收集各项零件的信息，工作人员可通过检索关键词获得流程、设计工序和草图等信息。在此条件下，设计人员在编制制造指令时就不需要大批量修改，此时设计模式的转型也能顺利实现，有了知识库智能设计，能大大提高飞机钣金件工艺设计的水平。
（三）应用在飞机骨架框肋零件的制造中
在飞机机体骨架中框肋零件需要承担双重任务，第一项任务是确定飞机的外形，第二项任务是承受气动载荷。就框肋零件的结构而言，在其中起到重要作用的有处于中间位置的腹板、弯曲的边缘、加强窝、加强槽、减轻孔、下陷。其中弯曲的边缘有不同的几何形状，分别有直线、凸曲线、凹曲线，就气动外形零件弯边而言，对精度有很高的要求[3]。在设计橡皮囊液压成形模具外形时，应用的方法是数字量传递，成形工艺模型在其中起到非常关键的作用，而不是使用原始的零件数模。在使用成形的工艺模型时，对零件的回弹因素有一定的考虑，并严格制定了修正方案，同时也给出相应的修正参考值，修正的对象主要是型面和尺寸。将数字化制造技术应用其中，主要是针对框肋零件回弹修正模型完成知识库的设计和建设，能够高效整理框肋零件回弹修正知识，并实现对知识的完整存储，此时还能实现对框肋零件回弹量的科学预测。框肋零件橡皮囊液压成形工艺过程的数据源主要是建立的模型，此时制造的过程就不需要反复试错，设计模具的过程也能得到有效简化，有力控制人为不确定因素所产生的不利影响。不仅能提高设计模具的工作效率，而且零件成形后的精度也有了保证，减少制造零件所花费的成本。
（四）提高型材拉弯成形的精密度
在飞机骨架的结构中，主要的型材零件构件是框、肋梁的缘条以及长析零件，比如导弹加强框，负责导弹的横向承力，不仅能够良好维持弹身的外部形状，还能承受弹身水平方向上的集中载荷。导弹产品本身对零件的强度就有很高的要求，因此零件壁厚要达到相应的标准，而且还要保证材料硬度比较大，而这也导致型材拉弯成形有很大的难度。将数字化制造技术应用其中就是要建立数字化的拉弯系统，通过系统预测拉弯过程的发展，利用智能控制技术提高拉弯成型的精确度。做好拉弯工艺的参数设计工作，此时就要考虑多种要素，包括材料特性、拉弯材料的几何形状、模具的尺寸、机床的工作参数、材料的加载方式、设备的摩擦润滑情况。在计算拉弯工艺参数时，应当参考设计知识库给出的参数，并利用弹性力学的有关知识，最后生成数控加工程序，这是一个自动的过程，实现对拉弯机成形过程的数字化自动控制。目前该技术已经得到了高效应用，使得回弹角的控制精度大大提高，从原来的1.20提高至0.20。
（五）提高零件加工的便利性
飞机钣金件数字化制造技术能够应用在车间中，在此过程中还需要依赖于计算机硬件、数据应用软件和网络。整合多种资源信息，主要包括工艺设计数据、制造模型的数据和制造资源的有关信息，将这些信息传递到车间现场采用的是数字量形式。在车间制造现场会用到零件的制造指令、零件的制造模型以及多种工艺参数信息。在展示制造数据时，核心内容应当是工艺链节点，在制造现场展示信息所采用的方式是不同的，这主要受到CAD模型、工艺信息的影响[4]。在车间应用数字化制造技术，任意一个工艺链节点都有可能需要打包数据并输出，为了能够将数据信息传递到车间制造现场，就需要依赖网络或者是其他的媒介，所以有必要在车间制造现场设置能正常通信的网络客户端，方便在车间制造现场展示接收到的制造数据，为零件加工提供便利条件。
结束语：飞机钣金件数字化制造技术要符合相应的技术要求，飞机钣金件制造过程体现系统化，能成功建立钣金制造知识模型，应用飞机钣金件数字化制造技术，能提高信息传递的精度，也能提高工艺设计质量水平。将飞机钣金数字化制造技术应用在飞机骨架框肋零件的制造中，减少制造零件所花费的成本，能提高型材拉弯成形的精密度，而且还能强化零件加工的便利性。
参考文献：
[1]同博,陈波,李荣.数字化技术在航空钣金成形模具制造中的运用研究[J].中国金属通报,2020(05):47-48.
[2]朱健.基于遗传算法的飞机钣金CAD/CAPP集成系统研究[D].上海工程技术大学,2020.
[3]郭刚.大型复杂高精度蒙皮零件制造技术数字化研究[D].电子科技大学,2019.
[4]王毛.飞机钣金零件工艺数模及应用技术研究[D].沈阳航空航天大学,2019.
作者简介:肖家源（1987.09），男，汉族，湖北麻城人，本科，工程师。
研究方向:金属塑性成成形（航空钣金零件制造）。